本实用新型涉及视频图像处理领域，具体涉及一种视频采集卡。
背景技术：
随着图像传感器及机器视觉的高速发展，视频图像处理与分析在安防、交通、先进制造、服务等领域的应用日益广泛。在技术快速发展的同时，不同领域对视频数据的应用方式需求不同，如在服务领域视频的作用是供观众观看，对视频的处理主要在清晰度、传输速度、传输广度等方面；在交通安防领域，视频图像信息的作用在于帮助工作人员获取关键信息，因而对视频图像的处理需要达到基本清晰度外，还需进行关键信息特征提取、特征识别；在导航领域，视频的作用是获取环境特征信息，计算目标位置信息以便于进行运动规划。因此对视频图像的处理在清晰度的基础上，需要进行特征提取、特征匹配、优化等操作。但是传统的视频图像采集系统仅对数据进行简单处理后显示、储存等基本功能已不能满足用户需求。
技术实现要素：
针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的一种视频采集卡解决了现有视频图像采集系统功能单一的问题。
为了达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案为：
提供一种视频采集卡，其包括视频输入模块，与视频输入模块相连接的FPGA图像预处理模块，以及与FPGA图像预处理模块相连接的树莓派处理模块，树莓派处理模块与外部通信设备相连接；
FPGA图像预处理模块包括与视频输入模块相连接的数据采集子模块和采集控制子模块，采集控制子模块还与数据采集子模块相连接；数据采集子模块与数据缓冲子模块相连接，数据缓冲子模块与图像预处理子模块相连接，图像预处理子模块分别与数据缓冲区和接口子模块相连接；数据缓冲区与地址计数器相连接；接口子模块与树莓派处理模块相连接。
进一步地，视频输入模块为图像传感器。
进一步地，树莓派处理模块包括分别与接口子模块相连接的控制子模块和特征提取子模块，特征提取子模块与自适应数据分流子模块相连接，自适应数据分流子模块分别与特征识别子模块和定位与建图子模块相连接，特征识别子模块和定位与建图子模块均与无线子模块相连接，无线子模块与外部通信设备相连接。
进一步地，特征识别子模块包括相互连接的信息分析子单元和优化识别子单元；信息分析子单元分别与自适应数据分流子模块和无线子模块相连接；优化识别子单元与无线子模块相连接。
进一步地，定位与建图子模块包括依次连接的特征匹配子单元、视觉里程计子单元、图形优化子单元和定位与建图子单元，特征匹配子单元与自适应数据分流子模块相连接；定位与建图子单元与无线子模块相连接。
本实用新型的有益效果为：本实用新型在传统视频采集卡的基础上添加视频预处理和深度信息分析功能，在相同输入数据的条件下，其输出包括特征识别与地图定位等数据信息。与现有的视频采集设备相比，智能化程度高，且在安防、交通、导航等领域应用广泛。本发明使用树莓派作为中心数据处理单元，可直接与外部通信设备(如云端数据库等)进行数据交互。与传统的pc和手机等终端作为后端数据处理设备相比，该系统可对非压缩视频数据进行实时处理，且体积小、效率高、可携带性强。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为FPGA图像预处理模块的结构示意图；
图3为树莓派处理模块的结构示意框图。
具体实施方式
下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的发明创造均在保护之列。
如图1和图2所示，该视频采集卡包括视频输入模块，与视频输入模块相连接的FPGA图像预处理模块，以及与FPGA图像预处理模块相连接的树莓派处理模块，树莓派处理模块与外部通信设备相连接。视频输入模块为图像传感器；FPGA图像预处理模块可以采用Altera EP4CE22；树莓派处理模块可以采用RASPBERRY PI 3MODEL B。
FPGA图像预处理模块包括与视频输入模块相连接的数据采集子模块和采集控制子模块，采集控制子模块还与数据采集子模块相连接；数据采集子模块与数据缓冲子模块相连接，数据缓冲子模块与图像预处理子模块相连接，图像预处理子模块分别与数据缓冲区和接口子模块相连接；数据缓冲区与地址计数器相连接；接口子模块与树莓派处理模块相连接。
如图3所示，树莓派处理模块包括分别与接口子模块相连接的控制子模块和特征提取子模块，特征提取子模块与自适应数据分流子模块相连接，自适应数据分流子模块分别与特征识别子模块和定位与建图子模块相连接，特征识别子模块和定位与建图子模块均与无线子模块相连接，无线子模块与外部通信设备相连接。
特征识别子模块包括相互连接的信息分析子单元和优化识别子单元；信息分析子单元分别与自适应数据分流子模块和无线子模块相连接；优化识别子单元与无线子模块相连接。
定位与建图子模块包括依次连接的特征匹配子单元、视觉里程计子单元、图形优化子单元和定位与建图子单元，特征匹配子单元与自适应数据分流子模块相连接；定位与建图子单元与无线子模块相连接。
在本实用新型的一个实施例中，视频输入模块作为视频数据来源，输出视频数据到FPGA图像预处理模块，视频数据经过第一阶段的处理后，输入至树莓派处理模块，通过与外部通信设备信息交互，获取云端数据，结合已有的视频数据进一步分析，完成特征识别和定位与建图的目的。
视频输入模块用于视频信息输入，包括了图像传感器，其输入视频数据来源；FPGA图像预处理模块用于图像预处理操作，包括了数据采集子模块、采集控制子模块、数据缓冲子模块、图像预处理子模块、数据缓冲区、地址计数器、以及接口子模块；数据采集子模块与图像传感器相连，其作为FPGA图像预处理模块的数据输入端，接收视频数据。采集控制子模块作为控制模块，与图像传感器及数据采集子模块连接，其输出视频图像采集命令，控制视频输入模块进行视频图像采集。数据缓冲子模块连接数据采集子模块及图像预处理子模块，其将数据采集子模块接收的数据存入数据缓冲区，一方面防止因外部连接中断而导致数据的意外丢失，另一方面方便图像预处理子模块对数据的随时访问。图像预处理模块与数据缓冲子模块、数据缓冲区及接口子模块相连，其在预处理之前，从数据缓冲子模块读取数据并进行除噪，复原，增强等预处理操作，之后一方面通过接口子模块输出至树莓派处理模块，另一方面将处理结果存入数据缓冲区。数据缓冲区与图像预处理子模块相连，由于下一处理过程对数据输出的控制，FPGA图像预处理模块与树莓派处理模块之间数据不会实时传输，为保证数据完整性，需要再次保存至数据缓冲区，地址计数器作为数据缓冲区的存储位置标志，方便快速定位数据存储位置，迅速读取数据。接口子模块输入端与图像预处理子模块连接，输出端与树莓派处理模块连接，在树莓派处理模块的控制下输出经过预处理后的视频数据至树莓派处理模块。
树莓派处理模块用于控制数据处理方式及深度信息分析，包括特征提取子模块、自适应数据分流子模块、定位与建图子模块、特征识别子模块、无线子模块及控制子模块。控制子模块与FGPA图像预处理模块连接，用于控制数据信息流入特征提取子模块。特征提取子模块的输入端与FPGA图像预处理模块连接，输出端与自适应数据分流子模块连接，用于对接收到的图像数据进行特征提取，然后将提取到的数据通过自适应数据分流子模块输出至不同模块，为后续工作打下基础。自适应数据分流子模块输入端与特征提取子模块连接，输出端分别与定位与建图子模块和对象识别子模块连接，用于根据应用场景中不同数据流自主选择特征识别子模块或定位与建图子模块，从而把获取到的数据输入至不同的模块。定位与建图子模块输入端与数据分流子模块和无线子模块相连，输出端与无线子模块相连，用于作为自适应数据分流子模块的分支之一，实现定位与建立地图功能，并将获得的位置信息和地图信息通过无线子模块输出至外部通信模块。特征识别子模块输入端与自适应数据分流子模块和无线子模块相连，输出端与无线子模块相连，用于作为自适应数据分流子模块的另一分支，通过将特征提取获得的信息与无线子模块获取的外部设备中的数据信息进行对比识别优化，实现特征识别功能。无线子模块与特征识别子模块和定位与建图子模块以及外部通信设备连接，用于一方面接收来自特征识别子模块和定位与建图子模块的输出信息并输出至外部设备，另一方面为上述模块提供所需的通过外部通信设备获取的外部数据。
其中，定位与建图模块又分为特征匹配子单元，视觉里程计子单元，图形优化子单元，定位与建图子单元，特征匹配子单元对特征提取子模块输出的数据信息进行匹配，后输出到视觉里程计子单元，获取位置信息，再输出至图形优化子单元，通过优化算法对得到的位置和地图信息进一步处理，并输出到定位与建图子单元确定最后的位置数据及地图数据后，通过无线子模块输出至外部通信设备。特别地，无线子模块可将外部通信设备中的地图信息或其他信息输入至定位于建图子模块帮助精确确定目标位置。特征识别子模块分为信息分析子单元，优化识别子单元，信息分析子单元将特征提取子模块的输出信息及无线子模块通过外部通信设备获得的数据库信息结合分析对比，将分析结果输入至优化识别子单元，确定识别结果，并通过无线子模块输出至外部通信设备。
综上所述，本实用新型在传统视频采集卡的基础上添加视频预处理和深度信息分析功能，在相同输入数据的条件下，其输出包括特征识别与地图定位等数据信息。与现有的视频采集设备相比，智能化程度高，且在安防、交通、导航等领域应用广泛。本发明使用树莓派作为中心数据处理单元，可直接与外部通信设备(如云端数据库等)进行数据交互。与传统的pc和手机等终端作为后端数据处理设备相比，该系统可对非压缩视频数据进行实时处理，且体积小、效率高、可携带性强。